神奇的 SQL 之谓词 → 难理解的 EXISTS

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前言

  开心一刻

我能飞的更高,飞的更高,啊!

谓词

  SQL 中的谓词指的是:返回值是逻辑值的函数。我们 知道函数的返回值有可能性是数字、字符串可能性日期等等,但谓词的返回值完整版是逻辑值(TRUE/FALSE/UNKNOW),谓词是有一种特殊的函数。关于逻辑值,才能查看:神奇的 SQL 之温柔的陷阱 → 三值逻辑 与 NULL !

  SQL 中的谓词有有些,如 =、>、<、<> 等,我们 来看看 SQL 具体有什么常用的谓词

  比较谓词

    创建表与初始化数据

-- 1、表创建并初始化数据
DROP TABLE IF EXISTS tbl_student;
CREATE TABLE tbl_student (
  id INT(8) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',
  sno VARCHAR(12) NOT NULL COMMENT '学号',
    name VARCHAR(5) NOT NULL COMMENT '姓名',
    age TINYINT(3) NOT NULL COMMENT '年龄',
  sex TINYINT(1) NOT NULL COMMENT '性别,1:男,2:女',
  PRIMARY KEY (id)
);
INSERT INTO tbl_student(sno,name,age,sex) VALUES
('201905007001','李小龙',21,1),
('201905007002','王祖贤',16,2),
('2019050050003','林青霞',17,2),
('2019050050004','李嘉欣',15,2),
('201905009005','周润发',20,1),
('201905009006','张国荣',18,1);

DROP TABLE IF EXISTS tbl_student_class;
CREATE TABLE tbl_student_class (
  id int(8) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',
  sno varchar(12) NOT NULL COMMENT '学号',
  cno varchar(5) NOT NULL COMMENT '班级号',
  cname varchar(20) NOT NULL COMMENT '班级名',
  PRIMARY KEY (`id`)
) COMMENT='学生班级表';
INSERT INTO tbl_student_class VALUES 
('1', '201905007001', '05007', '影视7班'),
('2', '201905007002', '05007', '影视7班'),
('3', '2019050050003', '05008', '影视8班'),
('4', '2019050050004', '05008', '影视8班'),
('5', '201905009005', '05009', '影视9班'),
('6', '201905009006', '05009', '影视9班');

SELECT * FROM tbl_student;
SELECT * FROM tbl_student_class;

    相信我们 对 =、>、<、<>(!=)等比较运算符都非常熟悉,它们的正式名称就是 比较谓词,使用示类式下

-- 比较谓词示例
SELECT * FROM tbl_student WHERE name = '王祖贤';
SELECT * FROM tbl_student WHERE age > 18;
SELECT * FROM tbl_student WHERE age < 18;
SELECT * FROM tbl_student WHERE age <> 18;
SELECT * FROM tbl_student WHERE age <= 18;

  LIKE

    我们 歌词 想用 SQL 做有些简单的模糊查询时,前会用到 LIKE 谓词,分为 前一致、中一致和后一致,使用示类式下

-- LIKE谓词
SELECT * FROM tbl_student WHERE name LIKE '李%';         -- 前一致
SELECT * FROM tbl_student WHERE name LIKE '%青%';        -- 中一致
SELECT * FROM tbl_student WHERE name LIKE '青%';        -- 后一致

    可能性name字段上建了索引,没法前一致会利用索引;而中一致、后一致会走全表扫描。

  BETWEEN

    我们 歌词 想进行范围查询时,往往会用到 BETWEEN 谓词,示类式下

-- BETWEEN谓词
SELECT * FROM tbl_student WHERE age BETWEEN 15 AND 22;
SELECT * FROM tbl_student WHERE age NOT BETWEEN 15 AND 22;

    BETWEEN  和它事先的第有二个 AND 组成有二个 范围条件;BETWEEN 会所含临界值 15 和 22

SELECT * FROM tbl_student WHERE age BETWEEN 15 AND 22;
-- 等价于
SELECT * FROM tbl_student WHERE age >= 15 AND age <= 22;

    若我时候 所含临界值,那就时需没法写了

SELECT * FROM tbl_student WHERE age > 15 AND age < 22;

  IS NULL 和 IS NOT NULL

    NULL 的水不多,具体可看:神奇的 SQL 之温柔的陷阱 → 三值逻辑 与 NULL !

  IN

    有没法 有二个 需求:查询出年龄等于 15、18以及20的学生,我们 会用 OR 来查

-- OR
SELECT * FROM tbl_student WHERE age = 15 OR age = 18 OR age = 20;

    用 OR 来查没大大问题,因此有有些欠缺,可能性选取的对象不多再 ,SQL会变得没法长,阅读性会没法差。有些我们 才能用 IN 来代替

-- IN
SELECT * FROM tbl_student WHERE age IN(15,18,20);

    IN 有有一种有些谓词没法的使用辦法 :使用子查询作为其参数,有些在平时项目中也是用的非常多的,类式:查询出影视7班的学生信息

-- IN实现,但不推荐
SELECT * FROM tbl_student 
WHERE sno IN (
    SELECT sno FROM tbl_student_class 
    WHERE cname = '影视7班'
); 

-- 联表查,推荐
SELECT ts.* FROM
tbl_student_class tsc LEFT JOIN tbl_student ts ON tsc.sno = ts.sno
WHERE tsc.cname = '影视7班';

    有些请况下,IN 是才能用联表查询来替换的

EXISTS

  EXISTS也是 SQL 谓词,但平时用的不多再 ,完整版前会说适用场景少,就是 它不好驾驭,我们 用不好它。它用法与有些谓词不一样,因此不好理解,另外有些请况下我们 都用 IN 来替代它了。

  理论篇

    在真正讲解 EXSITS 示例事先,我们 先来了解下理论知识:实体的阶层 、全称量化与占据 量化

    实体的阶层

      SQL 严格区分阶层,才能跨阶层操作。就用我们 常用的谓词来举例,同样是谓词,因此与 = 、BETWEEN 等相比,EXISTS 的用法还是大不相同的。概括来说,区别在于“谓词的参数才能取什么值”;“x = y”或 “x BETWEEN y ” 等谓词才能取的参数是像 “21” 可能性 “李小龙” 没法 的单一值,我们 称之为标量值,而 EXISTS 才能取的参数究竟是什么呢?从下面这条 SQL 搞笑的话来看,EXISTS 的参数不像是单一值

SELECT * FROM tbl_student ts
WHERE EXISTS (
    SELECT * FROM tbl_student_class tsc
    WHERE ts.sno = tsc.sno
);

      我们 才能看出 EXISTS 的参数是行数据的集合。固然没法说,是可能性无论子查询中选取什么样的列,对于 EXISTS 来说完整版前会一样的。在 EXISTS 的子查询里, SELECT 子句的列表才能有下面这有一种写法。

1. 通配符:SELECT *
2. 常量:SELECT '1'
3. 列名:SELECT tsc.id

      也就是 说如下 3 条 SQL 查到的结果是一样的

      用个图来概括下一般的谓词与 EXISTS 的区别

 

      从上图我们 知道,EXISTS 的特殊性在于输入值的阶数(输出值和有些谓词一样,完整版前会逻辑值)。谓词逻辑中,根据输入值的阶数对谓词进行分类。= 可能性 BETWEEEN 等输入值为一行的谓词叫作“一阶谓词”,而像 EXISTS 没法 输入值为行的集合的谓词叫作 “二阶谓词”。关于 “阶” ,有兴趣的才能区看我的另一篇博客:神奇的 SQL 之层级 → 为什么 GROUP BY 事先才能直接引用原表中的列

    全称量化和占据 量化

      谓词逻辑所含量词(限量词、数量词)类式特殊的谓词。我们 才能用它们来表达有些没法 的命题:“所有的 x 都满足条件 P” 可能性 “占据 (共要有二个 )满足条件 P 的 x ”,前者称为“全称量词”,后者称为“占据 量词”,分别记作 ∀(A的下倒)、∃(E的左倒)。

      SQL 中的 EXISTS 谓词实现了谓词逻辑中的占据 量词,然而遗憾的是, SQL 却并没法实现全称量词。因此没法全称量词无须是不是 SQL 的致命欠缺,可能性全称量词和占据 量词就是 定义了有二个 ,没法 就才能被推导出来。具体才能参考下面有些等价改写的规则(德·摩根定律)。

∀ x P x = ¬ ∃ x ¬P(所有的 x 都满足条件 P =不占据

不满足条件 P 的 x )

∃ x P x = ¬ ∀ x ¬Px(占据 x 满足条件 P =无须所有的 x 完整版前会满足条件 P)

      因此在 SQL 中,为了表达全称量化,时需将"所有的行都满足条件P" 没法 的命题转上加 "不占据 不满足条件 P 的行"

  实践篇

    上端的理论篇,我们 看过事先可能性还是不为什么么晕,我们 结合具体的实际案例来看看 EXISTS 的妙用

    查询表中“不”占据 的数据

      上端的 tbl_student中的学生都分配到了具体的班级,假设新来了有二个 学生(刘德华、张家辉),我们 暂时还未被分配到班级,我们 怎样才能将我们 查询出来(查询未被分配到班级的学生信息)。

-- 新来、未被分配到班级的学生
INSERT INTO tbl_student(sno,name,age,sex) VALUES
('201906500010','刘德华',55,1),
('201906500011','张家辉',46,1);

      我们 最容易想到的 SQL 肯定是下面这条

-- NOT IN 实现
SELECT * FROM tbl_student WHERE sno NOT IN(SELECT sno FROM tbl_student_class);

      真是用 NOT EXISTS 也是才能实现的

-- NOT EXISTS 实现
SELECT * FROM tbl_student ts
WHERE NOT EXISTS (
    SELECT * FROM tbl_student_class tsc WHERE ts.sno = tsc.sno
);

    全称量化 :习惯 “肯定 ⇔ 双重否定” 之间的转换

      EXISTS 谓词来表达全称量化,这是EXISTS 的用法中很具有代表性的有二个 用法。因此时需我们 打破常规思维,习惯从全称量化 “所有的行都××” 到其双重否定 “不××的行一行完整版前会占据 ” 的转换。

      假设我们 有学生成绩表:tbl_student_score

-- 学生成绩表
DROP TABLE IF EXISTS tbl_student_score;
CREATE TABLE tbl_student_score (
  id INT(8) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',
  sno VARCHAR(12) NOT NULL COMMENT '学号',
    subject VARCHAR(5) NOT NULL COMMENT '课程',
    score TINYINT(3) NOT NULL COMMENT '分数',
  PRIMARY KEY (id)
);
INSERT INTO tbl_student_score(sno,subject,score) VALUES
('201905007001','数学',5000),
('201905007001','语文',500),
('201905007001','物理',500),
('2019050050003','数学',500),
('2019050050003','语文',95),
('201905009006','数学',40),
('201905009006','语文',90),
('201906500011','数学',500);

SELECT * FROM tbl_student_score;

      1、查询出“所有科目分数完整版前会 500 分以上的学生”

        201905007001、2019050050003、201906500011 这有二个 学生满足条件,我们 时需将这 3 个学生查出来,有些 SQL 该怎样才能写? 我们 时需转换下命题,将查询条件“所有科目分数完整版前会 500 分以上” 转上加它的双重否定 “没法有二个 科目分数不满 500 分”,因此用 NOT EXISTS 来表示转换后的命题

-- 没法有二个





科目分数不满 500 分
SELECT DISTINCT sno
FROM tbl_student_score tss1
WHERE NOT EXISTS -- 不占据

满足以下条件的行
(    SELECT * FROM tbl_student_score tss2
    WHERE tss2.sno = tss1.sno
    AND tss2.score < 500    -- 分数不满500 分的科目
);

      2、查询出“数学分数在 500 分以上(所含500)且语文分数在 500 分以上(所含)的学生”

        结果应该是学号分别为 201905007001、2019050050003 的学生。像没法 的需求,我们 在实际业务中应该会总是遇到,因此乍一看可能性会真是不太像是全称量化的条件。可能性改成下面没法 的说法,可能性我们 一下子就能明白它是全称量化的命题了。

"某个学生的所有行数据中,可能性科目是数学,则分数在 500 分以上;可能性科目是语文,则分数在 500 分以上。"

        我们 再转上加它双重否定:某个学生的所有行数据中,可能性科目是数学,则分数不低于 500;可能性科目是语文,则分数不低于 500 ;我们 才能按照如下顺序写出我们 我时候 的 SQL

-- 1、CASE 表达式,肯定
CASE WHEN subject = '数学' AND score >= 500 THEN 1
        WHEN subject = '语文' AND score >= 500 THEN 1
        ELSE 0 
END;

-- 2、CASE 表达式,单重否定(上加 NOT EXISTS才算双重)
CASE WHEN subject = '数学' AND score < 500 THEN 1
        WHEN subject = '语文' AND score < 500 THEN 1
    ELSE 0 
END;

-- 3、结果所含了 201906500011 的 SQL 
SELECT DISTINCT sno
FROM tbl_student_score tss1
WHERE subject IN ('数学', '语文')
AND NOT EXISTS
(
    SELECT *FROM tbl_student_score tss2
    WHERE tss2.sno = tss1.sno
    AND 1 = CASE WHEN subject = '数学' AND score < 500 THEN 1
                        WHEN subject = '语文' AND score < 500 THEN 1
                        ELSE 0 
                    END
);

-- 4、201906500011 没法语文成绩,剔除掉
SELECT sno
FROM tbl_student_score tss1
WHERE subject IN ('数学', '语文')
AND NOT EXISTS
(
    SELECT * FROM tbl_student_score tss2
    WHERE tss2.sno = tss1.sno
    AND 1 = CASE WHEN subject = '数学' AND score < 500 THEN 1
                        WHEN subject = '语文' AND score < 500 THEN 1
                        ELSE 0 
                        END
)
GROUP BY sno
HAVING COUNT(*) = 2; -- 时需两门科目完整版前会分数

    关于 EXISTS 的案例有有些,这里就不再举例了,有兴趣的小伙伴才能看看:SQL 中的 EXISTS 到底做了什么?

    可能性我们 想掌握 EXISTS,希望我们 多看看 EXISTS 的案例,看过了你就会发现其中的通性:什么场景适合用 EXISTS。

总结

  1、SQL 中的谓词分有一种:一阶谓词和二阶谓词(EXISTS),区别主要在于接收的参数不同,一阶谓词接收的是 行,而二阶谓词接收的是 行的集合;

  2、SQL 中没法与全称量词相当的谓词,才能使用 NOT EXISTS 代替;

  3、EXISTS 固然难用(完整版前会不好用,就是 不多再用),主就是 全称量词的命题转换(肯定 ⇔ 双重否定)比较难(楼主也懵!)。实际工作中往往会舍弃 EXISTS,寻找它的替代辦法 ,可能性是 SQL 的替代,也可能性是业务方面的转换,有些说,EXISTS 掌握不了没关系,当然,能掌握那是最好了;

参考

  《SQL基础教程》

  《SQL进阶教程》